Кошки и гены - Павел Бородин

Итак, все кошачьи очень похожи друг на друга по информации, которая содержится в их ДНК. Они имеют сходные гены.

Но если гены сходны, то их поломки, мутации этих генов, должны приводить к одинаковым изменениям в фенотипе носителей таких мутаций.

Еще в начале XX века выдающийся генетик Н.И. Вавилов открыл закон гомологических рядов наследственной изменчивости. Этот закон гласит, что виды, имеющие общее происхождение, должны, иметь сходные спектры наследственных изменений.

Кошачьи дают прекрасные иллюстрации к этому закону.

Мы с вами уже знакомы с теми мутациями, которые есть у домашней кошки. Отчего бы не поискать такие же мутации среди других представителей семейства кошачьих?

Наиболее часто среди кошачьих встречаются черные формы. Своим происхождением они обязаны, по-видимому, мутациям в гене агути. Были описаны черные леопарды, каракалы, камышовые коты, оцелоты, сервалы, тигры. Что же касается черных пум, то они так часты, что их иногда относят к отдельному подвиду.

Мутации в гене d, вызывающие ослабление окраски, наблюдались у канадской рыси.

Такой типичный признак большинства кошачьих, как полосатость, также подвержен наследственной вариации. Формы с измененным типом полос обнаружены у рыси, сервала, ягуара и гепарда.

Нередки среди кошачьих и мутации, вызывающие сиамский тип альбинизма. Носители таких мутаций были найдены в популяциях гепардов, ягуарунди, диких европейских кошек, львов, леопардов и тигров.

Белые пятна, обусловленные мутациями по гену 5, обнаружены у некоторых Камышевых котов и львов.

Существование таких сходных рядов наследственной изменчивости у самых разных представителей семейства кошачьих — еще одно доказательство их очень значительной генетической близости друг к другу.

Расхождение морфологических признаков в пределах родословного древа кошачьих происходило с разной скоростью. Действительно, морфологические различия малых кошек Старого и Нового Света минимальны. В то же время среди крупных кошек выделяются очень специализированные виды. Особенно примечательным в этом отношении оказывается гепард. Он так сильно отличается от остальных кошачьих, что зоологи долго считали, что этот вид отделился от древа гораздо раньше других видов. Однако данные молекулярного анализа показывают, что это не так.

Гепард — сравнительно молодой вид. Внимательный анализ особенностей его поведения показывает, что он сходен по многим своим врожденным привычкам с другими представителями ствола пантер. Таким образом, гепард может служить примером чрезвычайно быстрой морфологической эволюции. История с ним поучительна еще в том отношении, что показывает неравномерность в скоростях морфологической, хромосомной и молекулярной эволюции.

Правда, неизвестно, долго ли еще он будет служить таким примером. Дело в том, что этот удивительный вид находится сейчас на грани вымирания. Казалось бы, это одно из самых совершенных созданий эволюции. По скорости бега ему нет равных на Земле. Загоняя добычу, он может развивать скорость свыше 100 километров в час. Почему же тогда гепарды так малочисленны? По современным оценкам их численность не превышает 20 тысяч. Причем, как показали детальные исследования, такая низкая численность не есть результат истребления или резкого изменения экологических условий. Гепард не истребляется, а тихо угасает. Смертность молодняка в заповедниках достигает 70%. Даже в зоопарках, в идеально комфортно условиях, 30% детенышей гепардов гибнут, не дожив до полугода.

Почему? Что за рок такой преследует гепардов? Исследования американских генетиков показывают, что угасание гепардов — это результат утраты генетического разнообразия. Уровень инбридинга в их природных популяциях чрезвычайно высок. Практически все ныне живущие гепарды генетически идентичны друг другу. Вы знаете, что пересадки кожи возможны только между идентичными близнецами? Даже если пересадка проводится от одного брата другому, пересаженный лоскут вскоре отторгается. Так вот при пересадках кожи между неродственными гепардами отторжение не происходит.

В чем же причина такого высокого уровня инбридинга в популяциях гепарда? Может быть, они предпочитают спариваться только с ближайшими родственниками? Такие скрещивания ведут к быстрому снижению генетического разнообразия и к гомозиготности по большинству генов. Но полевые наблюдения в местах обитания гепардов показали, что они стараются избегать браков с родственниками.

Можно думать, что гепард утратил генетическое разнообразие, заплатив им за строгую специализацию, за идеальное приспособление к совершенно определенной экологической нише, которая длительное время остается неизменной. Трудно, однако, назвать гепарда идеально приспособленным. Вспомните высокий уровень детской смертности. Часто в столкновениях с другими хищниками он терпит поражение.

Идеально адаптированный вид должен был утратить ту часть генетического разнообразия,которая снижает приспособленность. Он мог прийти к полной гомозиготности по хорошим аллелям. К сожалению, гепард гомозиготен по множеству плохих, снижающих приспособленность аллелей.

Наиболее правдоподобной представляется гипотеза о том, что гепард как вид прошел в своей истории через узкое горлышко численности.

Этот поэтический образ опять-таки принадлежит не мне. Это принятый в популяционной генетике термин — эффект бутылочного горлышка. Еще в начале XX века выдающийся русский генетик С.С. Четвериков обратил внимание, что волны, постоянные пульсации численности популяций, играют очень важную роль в эволюции.

Когда численность вида резко и неизбирательно снижается, в генофонде выжившей популяции могут фиксироваться любые аллели, в том числе и те, которые снижают приспособленность.

Насколько же узким должно было быть зто горлышко для популяции гепардов, чтобы обеспечить полную гомозиготность всех ныне живущих представителей этого злосчастного вида? Расчеты, основывающиеся на популяционно-генетических моделях, дают совершенно фантастическую оценку: 1—2 пары особей!

Довольно сложно сказать, когда произошла эта трагедия. Скорее всего, относительно недавно — 10—12 тысяч лет назад. До этого времени существовало несколько видов гепардов. Причем ныне живущий вид был распространен по всей Земле. Но потом произошло что-то, что привело к массовому вымиранию многих крупных млекопитающих. Из всех гепардов чудом сохранились всего несколько особей, обитавших в Африке. Они и дали начало современному виду. Но его существование до сих пор висит на тонком волоске.

Вот такие странные события происходили с гепардом. Кто знает, может быть, именно они привели к тому, что, оставшись почти идёнтичным с остальными кошачьими по хромосомной конституции и набору генов, он претерпел такую быструю морфологическую и физиологическую эволюцию.

Другим примером такого рода служит человек. Он также мало отличается от человекообразных обезьян по хромосомному набору, спектру синтезируемых белков, но различия его с этими родичами в отношении морфологии и поведения видны невооруженным глазом. Так же, как и в случае с гепардом, отличия по этим признакам достигаются не за счет возникновения новых генов и перестроек хромосом, но благодаря изменению взаимодействий между генами.

Проходил ли человек в своей истории через узкое горлышко численности? Скорее всего, да. Молекулярно-генетический анализ ДНК человека позволяет предположить, что все ныне существующие расы и народы ведут свое происхождение от относительно малочисленного племени, жившего на Земле около 200 тысяч лет назад.

Держало ли зто племя кошек? Весьма вероятно. Дело в том, что приматы и кошачьи двигались в своем эволюционном пути параллельными курсами. И мы (приматы) и они (кошачьи) вышли из леса в саванны. И мы (приматы) и они (кошачьи) постепенно заселили всю Землю. Когда же наши пути скрестились? Когда кошка пришла к человеку, чтобы впредь с ним не расставаться?

Итак, мы слезли с дерева.

Перед нами расстилалась бескрайняя саванна. Мы бродили по ней с места на место, собирая семена злаков, выкапывая корешки съедобных на вид растений, грабя гнезда птиц и норки мелких грызунов. Иногда мы подбирали останки антилопы, недоеденные львом, и употребляли их с подобающими песнями и танцами.

Только эти немузыкальные песни удерживали на почтительном расстоянии от нас гигантских кошек саванны, которые постоянно держали нас в поле зрения из чисто гастрономических интересов, но предпочитали не связываться с этой шумной ордой суетливых двуногих. Кроме больших кошек за нами бродили и мелкие. Они конкурировали с нами в охоте на мелких грызунов и птиц.

Постепенно мы, устав от бесконечных блужданий, переходили к оседлому образу жизни. И уже в этот момент мы занялись тем делом, которым с возрастающим усердием продолжаем заниматься посейчас: начали производить мусор. Горы мусора и отбросов. Они еще в большей степени привлекали грызунов, тех же мышей. Наши мусорные свалки и помойки создали для них уникальную экологическую нишу, где было довольно безопасно и всегда вдоволь корма. А уже вслед за грызунами к нашим стойбцщам подтянулись и мелкие кошки.